JPH0787773A - 無整流子電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 無整流子電動機の回転子の１周期（１回転）
中における回転の円滑化を図り、しかも安価に実現す
る。 【構成】 マイクロコンピュータ９は、上記無整流子電
動機１の回転子１ａの位置検出信号により同回転子１ａ
の１周期（１回転）を複数の区間に分割し、この分割し
た区間における回転子１ａの回転速度を検出するととも
に、この回転速度の平均値を算出し、各区間における回
転速度と平均値との差に応じて各区間における回転速度
を補正し、各区間における回転速度を平均値とするため
に各巻線に印加する電圧の可変割合を変え、無整流子電
動機の負荷が変動しても、各区間における回転速度を平
均値に維持可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空気調和機の圧縮機モ
ータ等に用いる無整流子電動機（ブラシレスモータ）の
制御技術に係り、特に詳しくは円滑な運転を可能とする
無整流子電動機の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この無整流子電動機（ブラシレスモー
タ）を例えば圧縮機等のモータとして利用する場合、例
えば図１６に示す制御装置が必要である。図１６におい
て、この制御装置は、無整流子電動機（例えば３極４
相）１を商用交流電源２で駆動するため、同交流電源２
を直流変換する交流／直流変換部３と、この変換した直
流電源をスイッチングして無整流子電動機１に印加する
スイッチング回路４と、無整流子電動機１の回転子１ａ
の位置を検出する位置検出回路５と、無整流子電動機１
を回転制御する制御信号を出力し、かつその検出した回
転子１ａの位置（位置検出信号）に基づいて無整流子電
動機１の回転数を検出するとともに、同無整流子電動機
１の回転数を目標回転数に可変制御するためのチョッピ
ング信号を出力するマイクロコンピュータ６と、このチ
ョッピング信号により制御信号（例えばＨレベル）をチ
ョッピングするチョッピング回路７と、このチョッピン
グした制御信号によりスイッチング回路４のトランジス
タをオン、オフするドライブ回路８とを備えている。

【０００３】上記構成により、無整流子電動機１の複数
の電機子巻線（Ａ，Ｂ，Ｃ）１ｂに印加する電圧はマイ
クロコンピュータ６からのチョッピング信号のオンオフ
比によって変化し、つまり無整流子電動機１の回転数は
その周期によって決まる。したがって、上記検出した無
整流子電動機１の回転数に基づいてそのチョッピング信
号のオンオフ比を可変すれば、同無整流子電動機１の回
転数を所定に制御することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１７に示
すように、無整流子電動機１を圧縮機のモータに利用し
た場合同圧縮機は液体を吸入し、圧縮して吐出する構造
になっており、この吸入、圧縮および吐出の１サイクル
中の圧縮時に無整流子電動機１の負荷が最も重くなり、
圧縮した液体を吐出した瞬間にその負荷が最も軽くな
る。

【０００５】そのために、無整流子電動機１の回転速度
は、吸入した液体を圧縮するときに遅く、圧縮した液体
の吐出寸前に最も遅くなり、同圧縮した液体を吐出した
ときに速くなる。

【０００６】例えば、図１５を参照して詳しく説明する
と、無整流子電動機１の１周期（１回転）を１２区間に
分割した場合、各区間における回転時間は、吸入時に短
く、圧縮時になると長くなり、吐出した時短くなり（同
図（ａ）に示す）、具体的には各区間における回転時間
は下記表１に示す値となる。

【０００７】

【表１】 なお、表１における無整流子電動機１に印加する電圧は
相対値であり、例えば１００が２００Ｖ程度の値であ
り、各区間の時間はｍｓ単位であり、各区間の時間の平
均値は１ｍｓの場合の回転数の時を示す。

【０００８】すなわち、圧縮機の１サイクル中（回転子
１ａの１回転中）においては、無整流子電動機１の複数
の巻線１ｂに印加する電圧が一定になっているからであ
る（図１５（ｂ）および表１を参照）。

【０００９】これにより、１サイクル中、つまり無整流
子電動機１の回転子１ａの１周期中にあっては各区間毎
に回転速度が変動し、つまり回転が円滑でなくなり、振
動や騒音発生の要因となっている。

【００１０】そこで、例えば無整流子電動機１に特殊な
機構を付加し、あるいは特殊な回路を付加すれば、上記
振動や騒音発生の要因をなくすことが可能であるが、特
殊な機構や回路等を採ることにより、コスト高になり、
また新たな機構や回路によって品質の面で問題が生じる
こともある。

【００１１】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は新たな機構や回路の付加なしに、無整
流子電動機の回転を円滑にすることができ、ひいては振
動や騒音の発生を抑えることができ、かつ安価に済ませ
ることができるようにした無整流子電動機の制御方法を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は無整流子電動機の回転子の位置を検出す
るとともに、該検出した位置の信号（位置検出信号）に
基づいて同無整流子電動機の電機子巻線への通電切り替
えを行って同無整流子電動機の回転子を回転制御し、か
つ同電機子巻線に印加する電圧を可変して同回転子の回
転数を制御する無整流子電動機の制御方法であって、前
記回転子の１周期（１回転）を複数の区間に分割し、該
分割した各区間における回転子の回転速度を検出すると
ともに、該回転速度の平均値を算出し、前記各区間にお
ける回転速度と平均値との差に応じて同各区間における
回転速度を補正し、前記各区間における回転速度を前記
平均値とするために、前記電機子巻線に印加する電圧の
可変割合を変えるようにしたことを要旨とする。

【００１３】

【作用】上記手段としたので、無整流子電動機の回転子
の１周期中（１回転中）が複数の区間に分割され、各区
間における回転子の回転速度が検出されるとともに、回
転速度の平均値が算出される。この回転速度と平均値と
の差が複数ゾーンに分けられ、このゾーン毎に無整流子
電動機の電機子巻線の印加電圧が変えられる。例えば、
所定区間における回転速度が平均値に対して遠く離れた
ゾーンにあるとき、つまり検出した区間の回転速度が平
均値より正側に大きく、あるいは負側に大きいときに
は、無整流子電動機の負荷が極めて軽く、あるいは極め
て重くなっていると想定されるため、上記電機子巻線の
印加電圧の可変割合が大きく上げられ、あるいは同印加
電圧の可変割合が大きく下げられる。

【００１４】また、所定区間における回転速度が平均値
に対してそれほど遠くないゾーンにあるとき、つまり検
出した区間の回転速度が平均値より少し正側に大きく、
あるいは少し負側に大きいときには、無整流子電動機の
負荷が多少軽く、あるいは多少重くなっていると想定さ
れるため、上記電機子巻線の印加電圧の可変割合が少し
下げられ、あるいは同印加電圧の可変割合が少し上げら
れる。

【００１５】さらに、所定区間における回転速度が平均
値に対して最も近いゾーンにあるとき、つまり検出した
区間の回転速度が平均値に極めて近いときには、無整流
子電動機の負荷が通常の重さであると想定されるため、
上記電機子巻線の印加電圧が維持される。

【００１６】このように、各区間における回転速度と平
均値との差により、電機子巻線の印加電圧を可変する割
合が変えられる。そして、各区間における回転速度を平
均値となるように、無整流子電動機の回転数が制御され
ることから、回転の円滑化が図れる。

【００１７】

【実施例】この発明は、無整流子電動機の回転子の位置
検出信号により回転子の１周期（１回転）を複数の区間
に分割し、この分割した区間における回転子の回転速度
を検出するとともに、この回転速度の平均値を算出し、
各区間における回転速度と平均値との差に応じて各区間
における回転速度を補正し、各区間における回転速度を
平均値とするために、電機子巻線に印加する電圧の可変
割合を変え、無整流子電動機の負荷が変動しても、各区
間における回転速度を平均値に維持可能とする。

【００１８】そのため、この無整流子電動機の制御装置
は図１に示す構成になっている。なお、図中、図１６と
同一部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

【００１９】図１において、この制御装置は、図１６に
示すマイクロコンピュータ６の機能の他に、無整流子電
動機１の回転子の位置検出信号により同回転子の１周期
（１回転）を複数の区間に分割し、この各区間における
回転速度を算出するとともに、この回転速度の平均値を
算出し、各区間における回転速度が平均値（一定値）に
なるように、１周期中で無整流子電動機１の複数の電機
子巻線（Ａ，Ｂ，Ｃ）１ｂに印加する電圧の可変割合を
制御するマイクロコンピュータ９を備えている。

【００２０】次に、上記構成の制御装置に適用される無
整流子電動機の制御方法の作用を図２ないし図１３のモ
ータ動作図、図１４および図１５のタイムチャート図、
上記表１および下記表２を参照して詳しく説明する。な
お、表２における数値の単位は表１と同じである。

【００２１】

【表２】 まず、マイクロコンピュータ９は無整流子電動機１を所
定回転数とするために所定の制御信号（例えばＰＷＭ信
号）およびチョッピング信号を出力し、同無整流子電動
機１を回転制御する。このとき、位置検出回路５は無整
流子電動機１の回転子１ａの位置を検出して位置検出信
号をマイクロコンピュータ９の入力ポートに出力する。
なお、無整流子電動機１の回転子１ａの位置は無整流子
電動機１内部に設けたホール素子を用いて検出するよう
にしてもよい。

【００２２】すると、マイクロコンピュータ９は、従来
同様に入力ポートから位置検出信号を取り込むととも
に、同位置検出信号に基づいて無整流子電動機１の複数
の電機子巻線１ｂの通電を切り替える制御信号を出力
し、また電機子巻線１ｂに印加する電圧を可変するため
のチョッピング信号を出力する。

【００２３】ところで、マイクロコンピュータ９は、取
り込んだ位置検出信号により無整流子電動機１の回転子
１ａの１周期を複数の区間に分割するともに、各区間に
おける回転子１ａの回転速度を算出するとともに、同回
転速度の平均値を算出する。

【００２４】例えば、無整流子電動機１が三相４極であ
る場合、図１４に示すように位置検出回路５が位置検出
信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１（同図（ａ）ないし（ｃ）に示
す）を出力し、同位置検出信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の立ち
上がり、および立ち下がりにより図２ないし図１３に示
す１２種類の回転子１ａの位置を検出し、同回転子１ａ
の１周期を１２の区間Ｔ１ないしＴ１２に分割する。な
お、図２ないし図１３に示す回転子１ａの位置は図１４
の矢印ａないしｌに示すタイミング時のものである。

【００２５】また、各区間における回転子１ａの回転時
において、各位置検出信号Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の立ち上が
り、および立ち下がりタイミングにより各区間Ｔ１ない
しＴ１２の時間を測定する。この測定した各時間を合計
し、この合計時間を１２分割して各区間当りの平均時間
を算出し、この平均値と各区間Ｔ１ないしＴ１２の時間
とを比較してその差を算出する。

【００２６】ここに、従来であれば、図１５（ｂ）に示
すように、無整流子電動機１の回転子１ａの１周期中
（１回転中）に、同無整流子電動機１の各巻線１ｂに印
加する電圧が一定値（１００）であるため、各区間の時
間は上記表１に示す値となる。すなわち、無整流子電動
機１を圧縮機のモータとして利用した場合、液体の吸
入、圧縮および吐出動作により、各区間Ｔ１ないしＴ１
２の時間が異なり、つまり各区間における回転子１ａの
回転速度が異なる。

【００２７】しかし、この発明では、無整流子電動機１
の回転子１ａの１周期中において各区間Ｔ１ないしＴ１
２の時間と平均値との差を算出した後、各区間毎にその
算出した差に応じて同無整流子電動機１の各巻線１ｂに
印加する電圧の可変割合を変える。なお、この印加電圧
の可変割合はマイクロコンピュータ９から出力するチョ
ッピング信号のオンオフ比により変えられる。

【００２８】ここに、無整流子電動機１の動作が図１５
（ａ）に示す状態である場合に適用し、表２および図１
６を参照して具体的に説明すると、まず区間Ｔ１では回
転時間が０．８５ｍｓで、平均値１ｍｓよりも０．１５
ｍｓだけ短く（回転時間が平均値に対して負側に大き
く）、図１５（ａ）に示すようにｃゾーンに入ってお
り、つまりその区間Ｔ１における回転速度が速くなって
いる。

【００２９】この場合、区間Ｔ１における回転時間が平
均時間になるように、無整流子電動機１の電機子巻線１
ｂに印加する電圧を所定値ΔＶ１（図１５（ｂ）を参
照）だけ低い値とし、換言すれば電機子巻線１ｂの印加
電圧の可変割合を１００を９８とする（表２に示す）。

【００３０】このように、電機子巻線１ｂに印加する電
圧の可変割合を下げることにより、区間Ｔ１における回
転時間を０．９９ｍｓとほぼ１ｍｓに極めて近い値とす
ることができ（表２に示す）、つまり回転速度が遅くな
るように補正することができる。

【００３１】区間Ｔ２およびＴ３では回転時間が平均値
より多少短く（回転時間が平均値に対して少し負側に大
きく）、図１５（ａ）に示すｂゾーンに入っており、つ
まりその区間Ｔ２およびＴ３における回転速度が多少速
くなっている。この場合、上述同様の調整を行い、区間
Ｔ２およびＴ３における回転時間が平均時間になるよう
に、無整流子電動機１の電機子巻線１ｂに印加する電圧
を所定値ΔＶ２（図１５（ｂ）を参照）だけ低い値と
し、換言すれば電機子巻線１ｂの印加電圧の可変割合を
１００を９９とする（表２に示す）。

【００３２】このように、電機子巻線１ｂに印加する電
圧の可変割合を多少下げることにより、区間Ｔ２および
Ｔ３における回転時間を１．００ｍｓとすることができ
（表２に示す）、つまり回転速度が多少遅くなるように
補正することができる。

【００３３】区間Ｔ４およびＴ５では回転時間が平均値
にほぼ近く、図１５（ａ）に示すようにａゾーンに入っ
ており、つまりその区間Ｔ４およびＴ５における回転速
度が速くもなく、遅くもない。この場合、区間Ｔ４およ
びＴ５における回転時間が既に平均時間に近いことか
ら、無整流子電動機１の電機子巻線１ｂに印加する電圧
をそのままとし、換言すれば電機子巻線１ｂの印加電圧
の可変割合を１００を１００とする（表２に示す）。

【００３４】このように、電機子巻線１ｂに印加する電
圧の可変割合をそのままとしており、区間Ｔ２およびＴ
３における回転時間を１．００（１．０１）ｍｓとする
ことができ（表２に示す）、つまり回転速度が多少遅く
なるように補正することができる。

【００３５】区間Ｔ６およびＴ７では回転時間が平均値
より多少長く（回転時間が平均値に対して少し正側に大
きく）、図１５（ａ）に示すｂゾーンに入っており、つ
まりその区間Ｔ６およびＴ７における回転速度が多少遅
くなっている。この場合、上述同様の調整を行い、区間
Ｔ６およびＴ７における回転時間が平均時間になるよう
に、無整流子電動機１の電機子巻線１ｂに印加する電圧
を所定値ΔＶ２（図１５（ｂ）を参照）だけ高い値と
し、換言すれば電機子巻線１ｂの印加電圧の可変割合を
１００を１０１とする（表２に示す）。

【００３６】このように、電機子巻線１ｂに印加する電
圧の可変割合を多少上げることにより、区間Ｔ６および
Ｔ７における回転時間を１．０１ｍｓとすることができ
（表２に示す）、つまり回転速度が多少速くなるように
補正することができる。

【００３７】区間Ｔ８ないしＴ１０では回転時間が平均
値より長く（回転時間が平均値に対して正側に大き
く）、図１５（ａ）に示すようにｃゾーンに入ってお
り、つまりその区間Ｔ８ないしＴ１０における回転速度
が遅くなっている。この場合、区間Ｔ８およびＴ１０に
おける回転時間が平均時間になるように、無整流子電動
機１の電機子巻線１ｂに印加する電圧を所定値ΔＶ１
（図１５（ｂ）を参照）だけ高い値とし、換言すれば電
機子巻線１ｂの印加電圧の可変割合を１００を１０２と
する（表２に示す）。

【００３８】このように、電機子巻線１ｂに印加する電
圧の可変割合を上げることにより、区間Ｔ８ないしＳＴ
１０における回転時間を１．０１（１．００）ｍとする
ことができ（表２に示す）、つまり回転速度が速くなる
ように補正することができる。

【００３９】区間Ｔ１１およびＴ１２では回転時間が平
均値より短く、図１５（ａ）に示すようにｃゾーンに入
っており、つまりその区間Ｔ１１およびＴ１２における
回転速度が速くなっている。この場合、区間Ｔ１１およ
びＴ１２における回転時間が平均時間になるように、無
整流子電動機１の電機子巻線１ｂに印加する電圧を所定
値ΔＶ１（図１５（ｂ）を参照）だけ低い値とし、換言
すれば電機子巻線１ｂの印加電圧の可変割合を１００を
９８とする（表２に示す）。

【００４０】このように、電機子巻線１ｂに印加する電
圧の可変割合を下げることにより、区間Ｔ１１およびＴ
１２における回転時間を０．９９ｍとほぼ１ｍｓに極め
て近い値とすることができ（表２に示す）、つまり回転
速度が遅くなるように補正することができる。

【００４１】以下同様に、無整流子電動機１の回転毎
に、１周期（１回転）における各区間の回転時間が平均
値になるように、換言すれば各区間の回転速度が平均値
になるように、無整流子電動機１の電機子巻線１ｂに印
加する電圧の可変割合が変えられる。

【００４２】これにより、図１５（ａ）に示すように、
各区間における回転時間をほぼ平均値にすることがで
き、例えば無整流子電動機１を圧縮機モータとして用い
た場合、液体の吸入、圧縮および吐出動作の１サイクル
中における回転速度の変動がなくなり、振動や騒音の発
生を抑えることができる。

【００４３】また、上述した制御方法は、マイクロコン
ピュータ９のソフトウェアによって実現されることか
ら、無整流子電動機１に特殊な機構を付加し、あるいは
特殊な回路を付加する必要がなく、コスト高や品質の面
で問題が生じることもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、無整流子電動機の回転子の位置検出信号により回転
子の１周期（１回転）を複数の区間に分割し、この分割
した区間における回転子の回転速度を検出するととも
に、この回転速度の平均値を算出し、各区間における回
転速度と平均値との差に応じて各区間における回転速度
を補正し、各区間における回転速度を平均値とするため
に各巻線に印加する電圧の可変割合を変えるようにした
ので、負荷が変動する空気調和機の圧縮機モータとして
用いた場合液体の吸入、圧縮および吐出の１サイクル中
に負荷が変動するが、回転が円滑であるため、空気調和
機の振動や騒音等を抑えることができ、しかも新たな機
構や回路を付加せずとも済み、コスト面で安価であり、
かつ品質の面でも新たな問題が生じることもないという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、無整流子電動機の
制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック線図で
ある。

【図２】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図３】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図４】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図５】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図６】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図７】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図８】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図９】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流子
電動機の模式図である。

【図１０】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流
子電動機の模式図である。

【図１１】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流
子電動機の模式図である。

【図１２】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流
子電動機の模式図である。

【図１３】図１に示す制御装置の動作を説明する無整流
子電動機の模式図である。

【図１４】図１に示す制御装置の動作を説明する概略的
タイムーチャート図である。

【図１５】図１に示す制御装置の動作を説明する概略的
タイムーチャート図である。

【図１６】従来の無整流子電動機の制御装置の概略的ブ
ロック線図である。

【図１７】無整流子電動機を圧縮機に用いた場合の動作
を説明する模式図である。

【図１８】図１６に示す制御装置の動作を説明する概略
的タイムーチャート図である。

【符号の説明】

１ 無整流子電動機（ブラシレスモータ） １ａ 回転子 １ｂ 電機子巻線 ２ 交流電源（商用） ３ 交流／直流変換部 ４ スイッチング回路 ５ 位置検出回路 ６，９ マイクロコンピュータ ７ チョッピング回路 ８ ドライブ回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無整流子電動機の回転子の位置を検出す
   るとともに、該検出した位置の信号（位置検出信号）に
   基づいて同無整流子電動機の電機子巻線への通電切り替
   えを行って同無整流子電動機の回転子を回転制御し、か
   つ同電機子巻線に印加する電圧を可変して同回転子の回
   転数を制御する無整流子電動機の制御方法であって、 前記回転子の１周期（１回転）を複数の区間に分割し、
   該分割した各区間における回転子の回転速度を検出する
   とともに、該回転速度の平均値を算出し、前記各区間に
   おける回転速度と平均値との差に応じて同各区間におけ
   る回転速度を補正し、前記各区間における回転速度を前
   記平均値とするために、前記電機子巻線に印加する電圧
   の可変割合を変えるようにしたことを特徴とする無整流
   子電動機の制御方法。
2. 【請求項２】 無整流子電動機の回転子の位置を検出す
   るとともに、該検出した位置の信号（位置検出信号）に
   基づいて同無整流子電動機の電機子巻線への通電切り替
   えを行って同無整流子電動機の回転子を回転制御し、か
   つ同電機子巻線に印加する電圧を可変して同回転子の回
   転数を制御する無整流子電動機の制御方法であって、 前記回転子の１周期（１回転）を複数の区間に分割し、
   該分割した各区間における回転子の回転速度を検出する
   とともに、該回転速度の平均値を算出し、前記各区間に
   おける回転速度と平均値との差を複数ゾーンに分け、該
   分けたゾーン毎に同各区間における回転速度を補正し、
   同各区間における回転速度を前記平均値とするために、
   前記電機子巻線に印加する電圧の可変割合を変えるよう
   にしたことを特徴とする無整流子電動機の制御方法。
3. 【請求項３】 圧縮機を駆動する無整流子電動機の回転
   子の位置を検出するとともに、該検出した位置の信号
   （位置検出信号）に基づいて同無整流子電動機の複数の
   電機子巻線に印加する電圧を切り替えて同無整流子電動
   機の回転子を回転制御し、かつ同電機子巻線に印加する
   電圧を可変して同無整流子電動機の回転数を制御する無
   整流子電動機の制御方法であって、 前記圧縮機における液体の吸入、圧縮および吐出動作に
   より前記無整流子電動機の負荷が同無整流子電動機の回
   転子の１周期内で変動する際、前記位置検出信号により
   回転子の１周期（１回転）を複数の区間に分割し、該分
   割した各区間における回転子の回転速度を検出するとと
   もに、該回転速度の平均値を算出し、前記各区間におけ
   る回転速度と平均値との差に応じて同各区間における回
   転速度を補正し、前記各区間における回転速度を前記平
   均値とするために、前記電機子巻線に印加する電圧の可
   変割合を変え、前記各区間における回転速度を平均値に
   維持可能としたことを特徴とする無整流子電動機の制御
   方法。